钛合金在舰船的应用及发展展望

钛合金在舰船上得以应用，主要是基于钛合金的以下特性： 很宽的强度范围，优异的机械性能，独特的物理性能（ 包括磁性能） ，较高的比强度和结构有效性，优异的耐腐蚀性能和耐冲刷腐蚀性能，优良的抗冲击性能，良好的可加工性和焊接性，合理的成本及有效性。大量船用管系材料使用经验证实，管路系统中传统材料的使用寿命是有限的，其中，钢管路系统使用 1. 2 ～ 2 年后会发生腐蚀，CuNi 管路系统使用寿命为 6 ～ 8 年，而钛合金管路系统中的管、泵、阀、热交换器等设备可服役 40 年以上。由于船用钛合金需在海洋环境中长期服役，设计船用钛合金时需综合考虑合金的强度、应力腐蚀断裂韧性、可焊性等。

舰船是海军最重要的装备，是海上运输、战斗的平台，用于建造舰船的材料要能耐海水、海洋大气的腐蚀，比强度高，塑韧性及加工工艺性好。由于舰船整体结构复杂，所使用的材料量大，且品种、规格多。选择性能优异的材料制作军舰是保证海军装备完整性和先进性的基础。

美国船用钛合金主要以航空用钛合金为基础，选取了在海水腐蚀环境下具有耐蚀性、可焊性和抗应力腐蚀性的钛合金，包括纯钛、Ti-0. 3Mo-0. 8Ni、Ti-3Al-2. 5V、Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V ELI、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr。此外，针对船用钛合金的特点，还研制了 Ti-5Al-1Zr-1Sn-1V-0. 8Mo-0. 1Si、Ti-6Al-2Nb-1Ta-0. 8Mo 等其他船用钛合金。舰船上使用高性能钛合金对于提高舰船的移动性、稳定性、有效性，减轻船体质量等都具有显著的作用。美国海军在 20 世纪 90 年代曾对以下舰船进行认证考核，包括： 核动力航母（ CVN） 、导弹巡洋舰 （ CG-47 ） 、 导 弹 护 卫 舰 （ FFG-7 ） 、 探 测 船（ MCM） 、水陆 两 栖 登 陆 艇 （ LSD41CV） 、登 陆 船、气垫船 （ LVCA） 、水陆两栖强击登陆船（ LHD） 、快速作战军需品补给船 （ AOE-6） 、双层壳体监视船（ SWATH T-AGOS19） 、海岸探测船（ MHC-51） 、导弹驱逐舰（ DDG-51） 。这些舰船的海水冷却系统、海水系统和灭火系统、结构件、推进器、污水处理系统、电器元件、紧固件等，均已使用或即将使用高性能钛合金。

俄罗斯是世界上研制和使用船用钛合金最早的国家，也是船用钛合金使用范围最广泛、数量最多的国家。主要包括 PT-7M、PT-1M、PT-3V、37、5V 钛合金及其相应的焊丝，并形成了 490、585、686、785 MPa 等不同强度级别的船用钛合金产品。，钛合金已被成功应用于舰船上的以下部件及设备中： 深水立管、补给管、泵、过滤器、通海管路、饮用水管、钻井管和地下水管路、热交换器、柴油机独立消防泵和灭火系统、深水设备壳体、外井系统柔性管、压力容器、平台紧固接头的高强柔性拉伸部件、工艺溶液的管系和容器等，并相继在前苏联系列核动力破冰船“列宁号、”北极“号、”俄罗斯“号、”苏联“号和其他型号的舰船上使用。前苏联系列核动力破冰船上的钛制蒸汽发生器，已安全使用 20 ～ 40 年，并且未发生任何严重破损。

中国船用钛合金的研究与应用始于 20 世纪 60年代，经过几十年的发展，已形成较完整的船用钛合金体系，能够满足舰艇、潜艇和深潜器对不同强度级别的要求。应用领域涉及船体结构、推进系统、电力系统、电子信息系统、辅助系统、特种装置等。按屈服强度等级划分，即屈服强度在 490 MPa 以下为低强钛合金，具有优异的塑性；490 ～ 790 MPa 为中强钛合金，高于 790 MPa 为高强钛合金，主要用于船舶动力工程中的耐热耐蚀部件和船舶特种机械等。

中国船用钛合金的发展展望。对于材料研究来说，中国船用钛合金还需开展钛合金在海洋环境中的性能研究，包括：
①工况环境（ 温度、pH 值、溶液成分） 、受力方式 （ 自由状态、反向弯曲、扭转） 、交变载荷对钛合金在空气和海水中腐蚀疲劳、疲劳裂纹扩展速率、应力腐蚀断裂韧性的影响研究；
②加工工艺对钛合金管材织构类型（ 径向织构、轴向织构） 以及织构类型对管材加工工艺（ 扩口、压扁、爆破） 性能的影响；
③Pd、Ru微量元素对钛合金在H2S、Cl-环境中耐蚀机理的研究；
④钛合金在辐照环境下的拉伸、疲劳性能评价；
⑤耐蚀钛合金不同焊接形式的焊接变形控制和矫正研究；